Tópicos de pesquisa em química teórica e computacional

1. Tópicos de pesquisa em química teórica e computacional Itamar Borges Jr. Departamento de Ciências Fundamentais, Radiação e meio-ambiente e Programa de Pós Graduação em Química Instituto Militar de Engenharia

2. Frases “ Idéias semeiam idéias” “Na falta de condições materiais utilize aquele artefato em cima do seu pescoço” Linus Pauling

3. Nobel de Química 1998 John Pople “pelo seu desenvolvimento de métodos computacionais em química quântica’’ Walter Kohn “pelo seu desenvolmento da teoria do funcional densidade” www.nobel.se

4. Interesse geral Compreensão em nível molecular (i.e. fundamental) de gases, líquidos e sólidos Físico Química Teórica/Computacional Aspecto: interação com grupo experimentais

5. Um princípio importante Aproximação de Born - Oppenheimer Massa do elétrons muito menor que massa dos núcleos → Os elétrons ajustam-se“instantaneamente” à variações das posições dos núcleos

6. As minhas expressões preferidas Aprenda esta última equação no curso de Química Quântica, segundo período deste ano!

7. Áreas de interesse atuais • Dinâmica Molecular – reações em fase gasosa e comportamento de líquidos; também aspectos termodinâmicos e mecânico estatísticos • Mecânica molecular • Espectroscopia por absorção de fótons ou espalhamento de elétrons • Estrutura Eletrônica – em particular, estados excitados

8. Dinâmica molecular - Método 1 – Entrada de condições iniciais Potencial de interação V em função das posições dos átomos (moléculas) Posição r e velocidade v de todos os átomos(moléculas) do sistema 2 – Cálculo de Forças Para cada átomo Forças não ligantes (de pares) e forças ligantes (entre 2,3 e 4 átomos) 3 – Atualiza configuração Solução da equação de Newton 4 – Se requerido, etapa de sáida com posições, velocidades, energias, temperatura, pressão, etc.

9. Exemplo: Ar líquido 400 átomos (20 x 20) Fernando Rocha (PIBIC/CNPq)

10. Catálise por zeólitas e química de materiais • Pronex/CNPq: UFRJ, CETEM, CENPEs e IME • Metodologias para funcionalização de hidrocarbonetos por zeólitas • Zeólitas: materiais inorgânicos microporosos, principalmente aluminosilicatos - peneiras moleculares – petroquímica e como trocadores de íons Nossa contribuição: Desenvolvimento de campos de força para zeólitas necessários para os estudos teóricos de difusão e absorção de hidrocarbonetos nos poros das zeólitas Filipe Zappe (PIBIC/CNPq)

11. Modelagem molecular de proteínas • Colaboração com o grupo do Prof. Figueroa • Estudos ab initio: Rocha • Dinâmica Molecular: Arlan

12. Reações de interesse atmosférico: HO2NO2→HO2+NO2 Estudos ab initio e cinética via RRKM e Dinâmica Direta Colaboração com Universidade de Santiago de Compostela (E. Martinez-Nuñez)

13. IRC frente: Ácido fosfônico/fosfórico IRC sela ponto 020 mínimo 2 ponto 050 Profs. Antonio Barbosa e Whei Oh Lin mínimo

14. É muito fácil produzir ovos frescos sem galinha desde que se saiba usar competentemente o anemômetro e a agulha giroscópica. Millôr Fernandes Os modelos não são a realidade. A. Einstein

15. Espectroscopia de fótons e elétrons elétron Benzeno:Transições eletrônicas proibidas por regras de seleção “adquirem” Intensidade por acoplamento com a parte vibracional: I. Borges Jr., A.J.C. Varandas, A.B. Rocha e C.E. Bielschowsky Journal of Molecular Structure (THEOCHEM) 621, 99 (2003) • Novas perspectivas: colaboração com Prof. Eduardo Hollauer (IQ-UFF)

16. Estados excitados – interseções cônicas Funis que conectam excitados – ao contrário do que se pensava, são muito comuns em moléculas e reações químicas O3 + OH  HO2 + O2 Colaboração com Hans Lischka (U. de Viena, Áustria) Programa Columbus

17. Em resumo • Linhas de pesquisa de química teórica/ computacional no IME: estrutura eletrônica de moléculas, espectroscopia, catálise, dinâmica em fase gasosa e líquida • Confuso? → Os princípios básicos são poucos! E mais importante: não estou sozinho. • Futuro: ?  Estado sólido: polímeros, semicondutores…